The polymer-ceramic hybrid, known as 'ceramer', was synthesized by a sol-gel process by incorporating different amount of alkoxide as source of silicon in resorcinol-formaldehyde in presence of basic catalyst to get different percentage of silicon in ultimate carbonized composites. FTIR of the ceramer confirms that it is a network of Si-O-Si, Si-O-$CH_2$ and Si-OH type groups linked with benzene ring. Different amount of silicon in the ceramer exhibits varying temperature of thermal stability and lower coefficient of thermal expansion as compared to pure resorcinol-formaldehyde resin. The lower value of CTE in ceramer is due to existence of silica and resorcinol -formaldehyde in co-continuous phase. Unidirectional composites prepared with ceramer matrix and high-strength carbon fibers show lower value of flexural strength at polymer stage as compared to those prepared with resorcinol-formaldehyde resin. However, after heat treatment to $1450^{\circ}C$, the ceramer matrix composites show large improvement in the mechanical properties, i.e. with 7% silicon in the ceramer, the flexural strength is enhanced by 100% and flexural modulus value by 40% as compared to that of pure resorcinol-formaldehyde resin matrix composites.
Kim, Dong-Gyu;Ha, Heon-Seung;Park, In-Seo;Im, Yeon-Su;Yun, Byeong-Il
Korean Journal of Materials Research
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v.4
no.3
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pp.287-294
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1994
PAN-based carbon fiber roving and fabric were heat treated at the temperature of $2170^{\circ}C$. Using non-heat treated and heat treated fabric, greenbodies of CFRP and GFRP were manufactured in the Autoclave. After the analysis of heat treated and non-heat treated carbon fiber roving and two types of greenbodies, the variations of physical and mechanical properties of carbon fibers and greenbodies with heat treatment were studied. Observing the cross-section of carbon fiber with SEM, we knew the diameter of carbon fiber was decreased from 6.8gm to 6.4p1. The results of TGA showed that the oxidation resistence was enhanced after heat treatment. The tensile strength of carbon fiber was decreased from (3.11$\pm 0.32)\times 10^3$ MPa to (1.87$\pm 0.26)\times 10^3$MPa, but tensile modulus was increased from (1.94$\pm 0.06)\times 10^5$ MPa to (2.02$\pm 0.11)\times 10^5$MPa after heat treatment. The interlaminar shear strengths of CFRP and GFRP were 148.8$\pm$1.6Mpa and 82.2$\pm$1.1Mpa, respectively. Torch test showed that CFRP was abraded smoothly but GFRP was delaminated.
The interlaminar facture behavior of multidirectional carbon-fiber/epoxy composite laminates under low and high rates of test, up to rate of about 11.4m/s has been investigated using the double cantilever beam specimens. The mode I loasing with rates above 1.0m/s had considerable dynamic effects on the load-time curves and thus revealed higher values of the average crack velocity than thet expected from a simple proportional relationship with the test rate. The modified beam analysis utilizing only the opening displacement and crack length exhibited an effective means for evaluating the dynamic fracture energy $G_{IC}$. Flexural modulus increased gradually with an increase of the test rate, which was utilized in the evaluation of $G_{IC}$. Values of $G_{IC}$ at the crack initiation and arrest were scarcely changed with increasing test rate up to 1.0m/s. However the maximum $G_{IC}$ was much enlarged at 11.4m/s due to the large amount of fiber bridging the crack tip. The larger the initial crack length, the smaller the maximum $G_{IC}$ at high rate.
Statement of problem: Many kinds of post and core systems are in the market, but there are no clear selection criteria for them. Purpose: The purpose of this study was to compare the flexural strength and modulus of elasticity of core materials, and measure the bending strength of post systems made of a variety of materials. Material and Methods: The flexural strength and elastic modulus of thirteen kinds core buildup materials were measured on beams of specimens of $2.0{\times}2.0{\times}24{\pm}0.1mm$. Ten specimens per group were fabricated and loaded on an lnstron testing machine at a crosshead speed of 0.25mm/min. A test span of 20 mm was used. The failure loads were recorded and flexural strength calculated with the measured dimensions. The elastic modulus was calculated from the slopes of the linear portions of the stress-stram graphs. Also nine kinds commercially available prefabricated posts made of various materials with similar nominal diameters, approximately 1.25mm, were loaded in a three-point bend test until plastic deformation or failure occurred. Ten posts per group were tested and the obtained data were anaylzed with analysis of variance and compared with the Tukey multiple comparison tests. Results: Clearfil Photo Core and Luxacore had flexural strengths approaching amalgam, but its modulus of elasticity was only about 15% of that of amalgam. The strengths of the glass ionomer and resin modified glass ionomer were very low. The heat pressed glass ceramic core had a high elastic modulus but a relatively low flexural strength approximating that of the lower strength composite resin core materials. The stainless steel, zirconia and carbon fiber post exhibited high bending strengths. The glass fiber posts displayed strengths that were approximately half of the higher strength posts. Conclusion: When moderate amounts of coronal tooth structure are to be replaced by a post and core on an anterior tooth, a prefabricated post and high strength, high elastic modulus core may be suitable. CLINICAL IMPLICATIONS In this study several newly introduced post and core systems demonstrated satisfactory physical properties. However when the higher stress situation exists with only a minimal ferrule extension remaining a cast post and core or zirconia post and pressed core are desirable.
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites consist of carbon fibers in a polymer matrix. Recently, CFRP composites having high thermal stability and low outgassing are finding their use in high performance materials for aerospace and electronics applications under high temperature and high vacuum conditions. Cyanate ester resin is one of the most suitable matrix resins for this purpose. In this study, proper combination of cyanate ester and catalyst, curing behavior, and cure cycle were determined by chemorheology. Optimum condition was found to be catalyst content of 100 ppm and curing temperature of $150^{\circ}C$. Thermal stability and outgassing of cured resin composition were analyzed and the results showed thermal decomposition temperature of $385^{\circ}C$ and total mass loss of 0.29%. The CFRP prepregs and subsequent composites were fabricated by predetermined resin composition and the cure condition. Tensile moduli of the composites were compared with theoretical models and the results were very consistent.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.1E
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pp.29-34
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2006
Elastic modulus, tensile and bond capacities are important factors for developing an effective reinforcing action of a flexural member as a reinforcing material for concrete structures. Reinforcement must have enough bond capacity to prevent the relative slip between concrete and reinforcement. This paper presents an experimental study to clarify the bond capacity of prestressed carbon fiber reinforced polymer(CFRP) rod manufactured by an automatic assembly robot. The bond characteristics of CFRP rods with different pitch of helical wrapping were analyzed experimentally. As the result, all types of CFRP rods show a high initial stiffness and good ductility. The mechanical properties of helical wrapping of the CFRP rods have an important effect on the bond of these rods to concrete after the bond stress reached the yield point. The stress-slip relationship analyzed from the pull-out test of embedded cables within concrete was linear up to maximum bond capacity. The deformation within the range of maximum force seems very low and was reached after approximately 1 mm. The average bond capacity of CF20, CF30 and CF40 was about 12.06 MPa, 12.68 MPa and 12.30 MPa, respectively. It was found that helical wrapping was sufficient to yield bond strengths comparable to that of steel bars.
Jiseon, Kang;Minji, Kim;Mongyoung, Huh;Seok Il, Yun
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.412-418
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2022
Flame-retardant vinyl ester (VE) resin films were developed from the mixtures of brominated and non-brominated epoxy resins via esterification with methacrylic acid without reactive diluents. The films were used to fabricate carbon fiber (CF) prepregs via a hot melt impregnation process. The viscosity of VE resins suitable for film production was optimized by mixing low-viscosity bisphenol-A and high-viscosity brominated bisphenol-A epoxy precursors. Increasing the bromine content of the cured VE resin further increased the limited oxygen index (LOI) (39%), storage modulus (2.4 GPa) at 25℃ and residual carbonization (16.1%) values compared to non-brominated VE. Manual layup of as-prepared VE prepregs with subsequent curing led to the successful fabrication of CF-reinforced composites with high tensile and flexural strength. The results from the study hold high promise for a styrene-free, environmentally friendly VE composite process in the future.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.223-226
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2002
To maximize the productivity in machining molds and dies, machine tools should operate at high speeds. However, the productivity of mold manufacturing has not increased significantly because CNC milling machines have massive slides, which do not allow rapid acceleration and deceleration during the frequent starts/stops encountered in machining molds and dies. This paper presents the use of composites for these slides to overcome this limitation. The vertical and horizontal slides of a large CNC machine were constructed by bonding high-modulus carbon-fiber epoxy composite sandwiches to welded steel structures using adhesives. These composite structures reduced the weight of the vertical and horizontal slides by 34% and 26%, respectively, and increased damping by 1.5 to 5.7 times without sacrificing the stiffness. Without much tuning, this machine had a positional accuracy of $\pm5\mu\textrm{m}$ per 300 m of the slide displacement.
The present paper focuses on experimental verification of the ply-by-ply basis inelastic analysis of multidirectional laminates. First of all, rate dependence of the tensile behavior of balanced symmetric cross-ply T800H/epoxy laminates with a $[0/90]_{3S}$ lay-up under off-axis loading conditions at $100^{\circ}C$ is examined. Uniaxial tension tests are performed on plain coupon specimens with various fiber orientations $[{\theta}/(90-{\theta})]_{3S}$ ($\theta$ = 0, 5, 15, 45 and $90^{\circ}C$) at two different strain rates (1.0 and 0.01%/min). The off-axis stress.strain curves exhibit marked nonlinearity for all the off-axis fiber orientations except for the on-axis fiber orientations $\theta$ = 0 and $90^{\circ}$, regardless of the strain rates. Strain rate has significant influences not only on the off-axis flow stress in the regime of nonlinear response but also on the apparent off-axis elastic modulus in the regime of initial linear response. A macromechanical constitutive model based on a ply viscoplasticity model and the classical laminated plate theory is applied to predictions of the rate-dependent off-axis nonlinear behavior of the cross-ply CFRP laminate. The material constants involved by the ply viscoplasticity model are identified on the basis of the experimental results on the unidirectional laminate of the same carbon/epoxy system. It is demonstrated that good agreements between the predicted and observed results are obtained by taking account of the fiber rotation induced by deformation as well as the rate dependence of the initial Young's moduli.
Polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers have high specific strength, elastic modulus, thermal resistance, and thermal conductivity. Due to these properties, they have been increasingly widely used in various spheres including leisure, aviation, aerospace, military, and energy applications. However, if exposed to air at high temperatures, they are oxidized, thus weakening the properties of carbon fibers and carbon composite materials. As such, it is important to understand the oxidation reactions of carbon fibers, which are often used as a reinforcement for composite materials. PAN-based carbon fibers T300 and T700 were isothermally oxidized in air, and microstructural changes caused by oxidation reactions were examined. The results showed a decrease in the rate of oxidation with increasing burn-off for both T300 and T700 fibers. The rate of oxidation of T300 fibers was two times faster than that of T700 fibers. The diameter of T700 fibers decreased linearly with increasing burn-off. The diameter of T300 also decreased with increasing burn-off but at slower rates over time. Cross-sectional observations after oxidation reactions revealed hollow cores in the longitudinal direction for both T300 and T700 fibers. The formation of hollow cores after oxidation can be traced to differences in the fabrication process such as the starting material and final heat treatment temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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